DE3515903C2

DE3515903C2 -

Info

Publication number: DE3515903C2
Application number: DE19853515903
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr. 2800 Bremen De Roether
Original assignee: Individual
Current assignee: ROETHER, WOLFGANG, PROF. DR., 2800 BREMEN, DE
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1985-05-03
Publication date: 1988-06-23
Also published as: DE3515903A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung für kleinste Druckunterschiede auf Schwere-Äquipotentialflächen in ausgedehnten Gewässern, insbesondere im Ozean, nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.The invention relates to a measuring arrangement for smallest pressure differences on heavy equipotential surfaces in extensive waters, especially in the ocean, on the principle the communicating tubes according to the preamble of the claim 1 or 2.

Druckgradienten auf Schwere-Äquipotentialflächen bestim men über die geostrophischen Terme der Bewegungsgleichung die großräumigen Strömungen in Gewässern; sie stellen deshalb eine der Grundgrößen der physikalischen Ozeanographie (G. Diet rich et al., Allgemeine Meereskunde, Borntraeger Verlag, 2. Auflage, 1975, S. 277-306) oder Limnologie dar. Die groß räumigen Ströme des Ozeans finden im Rahmen der Klimafor schung und ökologischer Fragestellungen besondere Beachtung.Determine pressure gradients on gravity equipotential surfaces men over the geostrophic terms of the equation of motion large-scale currents in water; therefore they pose one of the basic parameters of physical oceanography (G. Diet rich et al., General Oceanography, Borntraeger Verlag, 2. Edition, 1975, pp. 277-306) or limnology. The large spatial currents of the ocean take place as part of the climatefor particular attention to research and ecological issues.

Die Messung solcher Druckgradienten ist zwar im Bereich der Meteorologie, wo diese ebenfalls eine große Rolle spielen, eine Routineangelegenheit. Dies ist jedoch für den Ozean nicht der Fall, da hier die horizontalen Druckgradienten (häufig≲ 1 Pa/km) von den vertikalen Druckgradienten (10⁷ Pa/km) völlig überdeckt werden. Die klassische Ozeanographie kennt deshalb kein Meßverfahren zur direkten Bestimmung der Druckgradienten auf Schwere-Äquipotentialflächen. Es kann nur die Änderung dieser Druckgradienten mit der Tiefe festgestellt werden (ibid., S. 289-292); die absoluten Druckgradienten werden indi rekt erschlossen (sog. level-of-no-motion Verfahren und moder ne Abwandlungen hiervon, vgl. Olbers, D. J. und J. Willebrand, J. Phys. Oceanogr., 14, 203-212, 1984). Neuerdings steht als Meßverfahren die Satelliten-Altimetrie zur Verfügung (Marsh, J. G., Rev. Geophys. Space Phys., 21, 574-580, 1983). Das Verfahren ist aber um ca. eine Größenordnung zu ungenau (vgl. Born, G. H. et al., EOS, 65, 433-434, 1984), als daß man hiermit das level- of-no-motion Problem lösen könnte. Das Prinzip der kommu nizierenden Röhren wurde vor einigen Jahrzehnten von Nørlund zur geodätischen Nivellierung zwischen dänischen Inseln einge setzt (Nørlund, N. E., Norsk mat. Tidskr., 26, 104-108, 1944). Er verlegte zwischen zwei Inseln ein ca. 20 km langes, flüssig keitsgefülltes Rohr (lichte Weite 1 cm), das an den beiden In seln jeweils in ein vertikal angeordnetes, über den Wasserspie gel herausragendes oben offenes Rohr überging. Es handelte sich also um die klassische Form eines vertikal aufgestellten U-Roh res. Nørlunds Verfahren ist nie für eine Messung von Druckgra dienten auf Schwere-Äquipotentialflächen weiter verfolgt worden.The measurement of such pressure gradients is a routine matter in the field of meteorology, where they also play a major role. However, this is not the case for the ocean, since here the horizontal pressure gradients (often≲ 1 Pa / km) are completely covered by the vertical pressure gradients (10 ⁷ Pa / km). Classic oceanography therefore has no measurement method for the direct determination of the pressure gradients on gravity equipotential surfaces. Only the change in these pressure gradients with depth can be determined (ibid., Pp. 289-292); the absolute pressure gradients are developed indirectly (so-called level-of-no-motion method and modern modifications thereof, cf. Olbers, DJ and J. Willebrand, J. Phys. Oceanogr., 14, 203-212, 1984). Satellite altimetry has recently become available as a measuring method (Marsh, JG, Rev. Geophys. Space Phys., 21, 574-580, 1983). However, the method is about one order of magnitude too imprecise (cf. Born, GH et al., EOS, 65, 433-434, 1984) to be able to solve the level-of-no-motion problem. The principle of communicating tubes was used a few decades ago by Nørlund for geodetic leveling between Danish islands (Nørlund, NE, Norsk mat. Tidskr., 26, 104-108, 1944). He laid an approximately 20 km long, liquid-filled pipe (clear width 1 cm) between two islands, which at the two islands merged into a vertically arranged pipe that protrudes above the water level and is open at the top. So it was the classic form of a vertical U-tube res. Nørlund's method has never been followed for measuring pressure gradients on gravity equipotential surfaces.

Es ist also festzustellen, daß, abgesehen von Satelliten messungen, die aber für bestimmte ozeanographische Fragestel lungen zu ungenau sind, die Ozeanographie kein Meßverfahren zur direkten Messung der Druckgradienten auf Schwere-Äquipo tentialflächen besitzt. Eine Messung nach dem Prinzip der kom munizierenden Röhren in einer U-Form-Anordnung, wie sie von Nørlund (s. oben) verwendet wurde, wäre zwar im Prinzip möglich, sie ist im freien Ozean (Wassertiefe typisch 5 km) aber mit einem unvertretbar hohen technischen Aufwand verknüpft. Ein weiteres, generelles Problem bei der Verwendung des Prinzips der kommunizierenden Röhren ist eine genaue Kenntnis der Flüs sigkeitsdichte im Rohr, da diese die Meßgenauigkeit kritisch begrenzt, und zwar um so mehr, je weiter der Tiefenbereich ist, über den sich die Rohranordnung erstreckt.So it should be noted that, apart from satellites measurements, but for certain oceanographic questions lungs are too imprecise, oceanography is not a measuring method for direct measurement of the pressure gradient on gravity equipo has potential areas. A measurement based on the principle of com munifying tubes in a U-shape arrangement, as used by Nørlund (see above) was used, would in principle be possible but it is in the free ocean (water depth typically 5 km) linked to an unacceptably high technical effort. A Another general problem when using the principle of the communicating tubes is a precise knowledge of the rivers liquid density in the tube, as this is critical to the measurement accuracy limited, the more the wider the depth range, over which the pipe arrangement extends.

In der Meßtechnik ist es allgemein, allerdings nicht in Verbindung mit der vorliegenden Problematik, bekannt, Druckauf nehmer mit Meßstellen über druckübertragende, flüssigkeits gefüllte Rohrleitungen zu verbinden (HBM, Meßtechnische Briefe, 1968, Heft 2, Seiten 22-24).It is general in measurement technology, but not in connection with the present problem, known, Druckauf participants with measuring points via pressure-transmitting, liquid to connect filled pipelines (HBM, measurement technology Letters, 1968, Issue 2, pages 22-24).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messung von Druckgradienten bzw. Druckunterschieden auf Schwere-Äquipotentialflächen, insbesondere im Ozean, mit einer Genauigkeit zu ermöglichen, wie sie von der Ozeanographie gefordert wird, und hierbei den technischen Auf wand so niedrig zu halten, daß an eine praktische Realisierung gedacht werden kann.The invention has for its object a measurement of Pressure gradients or pressure differences on gravity equipotential surfaces, in particular in the ocean, with an accuracy like that of the Oceanography is required, and the technical up to keep so low that practical implementation can be thought.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by the features of Claim 1 and 2 solved. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Um den verschiedenen möglichen Meßaufgaben einer solchen Meßanordnung gerecht zu werden, müssen horizontal angeordnete Rohre in vielerlei Kombinationen eingesetzt werden. Die Rohre können zur Überbrückung großer Meßstrecken lose aneinandergereiht sein, miteinander verbunden sein oder sich überlappen. Sie kön nen ferner verzweigt angeordnet sein und beliebige Winkel mitein ander einschließen. Eine verzweigte Anordnung erlaubt das gleich zeitige Vermessen von Druckgradienten zwischen verschiedenen Punkten eines ausgedehnten Gebietes.To the various possible measuring tasks of such Measuring arrangement must be arranged horizontally Pipes can be used in many combinations. The pipes can be loosely strung together to bridge large measuring distances be connected to each other or overlap. You can NEN can also be branched and any angle include others. A branched arrangement allows that timely measurement of pressure gradients between different Points of an extended area.

Um die gewünschte Meßgenauigkeit zu erzielen, muß die Dich te der Rohrflüssigkeit der der umgebenden Flüssigkeit möglichst nahe kommen.In order to achieve the desired measurement accuracy, you must te of the pipe liquid of the surrounding liquid if possible to come close.

Damit ein Drucksignal über die erheblichen horizontalen Entfernungen einer Meßanordnung noch sicher übertragen werden kann, ist eine geringe Volumenelastizität des Rohrs erforderlich, was durch ein Rohrmaterial mit hohem Elastizitätsmodul gewähr leistet werden kann.So that a pressure signal over the considerable horizontal Distances of a measuring arrangement can still be transmitted safely low volume elasticity of the pipe is required, which is guaranteed by a tube material with a high modulus of elasticity can be achieved.

Eine zeitliche Instabilität der inneren Querschnittsfläche der Flüssigkeit würde eine Änderung des Gesamt-Flüssigkeitsvo lumens im Rohr und damit eine ausgleichende Strömung im Rohr nach sich ziehen. Eine solche soll gering gehalten werden.A temporal instability of the internal cross-sectional area the liquid would change the total liquid volume lumens in the tube and thus a balancing flow in the tube entail. This should be kept low.

Die Außenkonstruktion des Rohrs soll eine hohe Zugfestig keit und Knickfestigkeit gewährleisten, die für die Verlegung eines Rohrsystems nötig sind.The outer construction of the tube is said to have a high tensile strength Ensure speed and kink resistance for laying of a pipe system are necessary.

Ein geringer Rohrdurchmesser ermöglicht es, den technischen Aufwand für eine Meßanordnung auf ein tragbares Ausmaß zu senken.A small pipe diameter enables the technical To reduce the effort for a measuring arrangement to a portable level.

Eine Vorrichtung am offenen Rohrende, die den Flüssigkeits austausch über das offene Rohrende verhindert, ist vorteilhaft, um eine Änderung der Dichte und der chemischen Zusammensetzung der Rohrflüssigkeit auszuschließen.A device at the open tube end that holds the liquid exchange via the open pipe end is advantageous, a change in density and chemical composition to exclude the pipe liquid.

Ein Strömungsmeßgerät im Rohr dient zur Messung der mög lichen ausgleichenden Strömungen im Rohr. A flow meter in the tube is used to measure the poss equalizing flows in the pipe.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß eine Meßanordnung aufgebaut werden kann, die zum ersten Mal überhaupt eine direkte Messung von Druckgradienten auf Schwere- Äquipotentialflächen, insbesondere im Ozean, mit der von der Ozeanographie gewünschten Genauigkeit erlaubt, wobei gleich zeitig der technische Aufwand erträglich bleibt.The advantages achievable with the invention are that a measuring arrangement can be set up for the first time any direct measurement of pressure gradients on gravity Equipotential surfaces, especially in the ocean, with that of the Oceanography allows desired accuracy, being equal the technical effort remains tolerable at an early stage.

Anhand der Zeichnung ist die Meßanordnung gemäß der Er findung näher erläutert. Dabei zeigtBased on the drawing, the measuring arrangement according to the Er finding explained in more detail. It shows

Fig. 1 den schematischen Grundaufbau der Meßanordnung, Fig. 1 shows the schematic structure of the measuring assembly base,

Fig. 2 ein mögliches Ausführungsbeispiel, Fig. 2 shows a possible embodiment

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel (in Aufsicht) und Fig. 3 shows another embodiment (in supervision) and

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch ein Rohr mit Außenkonstruktion. Fig. 4 is a schematic section through a tube with an outer construction.

Fig. 1 zeigt in schematischem Schnitt ein auf dem Mee resboden 1 liegendes langes Rohr 2, das links offen und rechts geschlossen ist. Das geschlossene Rohrende 6 endet in Höhe einer Schwere-Äquipotentialfläche 4 (gestrichelte Linie). Durch ein Differenzdruckmeßgerät 3 wird die Druckdifferenz zwischen einer Meßstelle 7, die in der Schwere-Äquipotential fläche 4 liegt, und der Rohrflüssigkeit im Rohrende 6 gemes sen (die erforderlichen Druckmeßgeräte entsprechen dem Stand der Technik). Dieser Meßwert entspricht der Druckdifferenz auf der Schwere-Äquipotentialfläche 4 zwischen der Position 9, die über dem offenen Rohrende 8 liegt, und der Position 7 beim geschlossenen Rohrende 6. Dies gilt, sofern die Flüssig keitsdichten im Rohr und in der Flüssigkeitssäule 5 zwischen den Punkten 8 und 9 gleich groß sind. Bei unterschiedlichen Dichten muß eine Korrektur in der Weise erfolgen, daß der Druckunterschied auf der Schwere-Äquipotentialfläche 4 zwi schen den genannten Positionen 7 und 9 sich aus der hydrosta tischen Druckdifferenz auf den Wegen 2 (entlang der inneren Flüssigkeitssäule zuzüglich Druckdifferenz laut Meßgerät 3) und 5 (vertikale gestrichelte Linie) ergibt. In diesem Falle ist es auch nötig, die Tiefenlage der Positionen 8 und 6 ge nau zu vermessen (Echolot), sowie die Tiefengleichheit zwi schen den Positionen 6 und 7 zu kontrollieren. Fig. 1 shows a schematic section of a lying on the sea resboden 1 long tube 2 , which is open on the left and closed on the right. The closed pipe end 6 ends at the level of a heavy equipotential surface 4 (dashed line). By a differential pressure measuring device 3 , the pressure difference between a measuring point 7 , which lies in the gravity equipotential surface 4 , and the pipe liquid in the pipe end 6 is measured (the required pressure measuring devices correspond to the prior art). This measured value corresponds to the pressure difference on the gravitational equipotential surface 4 between position 9 , which lies above the open pipe end 8 , and position 7 at the closed pipe end 6 . This applies if the liquid densities in the tube and in the liquid column 5 between points 8 and 9 are the same size. At different densities, a correction must be made in such a way that the pressure difference on the gravitational equipotential surface 4 between said positions 7 and 9 results from the hydrostatic pressure difference on paths 2 (along the inner liquid column plus pressure difference according to measuring device 3 ) and 5 (vertical dashed line) results. In this case, it is also necessary to measure the depth of positions 8 and 6 exactly (depth sounder) and to check the equality of depth between positions 6 and 7 .

Damit die genannte Korrektur des Druckmeßwertes mit der gewünschten Genauigkeit (±100 Pa oder besser) durchgeführt werden kann, muß die Flüssigkeitsdichte im Rohr 2 sehr genau bekannt sein (typisch ±10^-5), und zwar offenbar um so besser, je größer der Höhenunterschied zwischen den Punkten 6 und 8 ist. Wenn die Korrektur zu groß wird, wird zudem, selbst bei exakt bekannter Dichte der Rohrflüssigkeit, die Meßgenauigkeit des Druckmeßgeräts 3 nicht mehr ausreichen, um die Druckdif ferenz zwischen den Punkten 7 und 9 noch aufzulösen. Deshalb darf sich die Flüssigkeitsdichte im Rohr 2 von der der umge benden Flüssigkeit nur wenig unterscheiden. Die gleiche Be dingung ist nötig, damit die Tiefengleichheit zwischen den Punkten 6 und 7 unkritisch bleibt. Genau aus diesem Grund, daß sich Höhenunterschiede in erster Näherung hydrostatisch ausgleichen, erscheint das hier verwendete Meßprinzip der kommunizierenden Röhren für die Meßaufgabe fast unumgänglich. Verwendung der Umgebungsflüssigkeit als Rohrflüssigkeit ist eine mögliche Lösung für die erforderliche weitgehende Gleich heit der Dichten.So that the above-mentioned correction of the pressure measurement value can be carried out with the desired accuracy (± 100 Pa or better), the liquid density in the tube 2 must be known very precisely (typically ± 10 ^-5 ), and obviously the better the greater the difference in height between points 6 and 8 . If the correction is too large, even with precisely known density of the tube liquid, the measuring accuracy of the pressure measuring device 3 is no longer sufficient to resolve the pressure difference between points 7 and 9 . Therefore, the liquid density in the tube 2 may differ only slightly from that of the surrounding liquid. The same condition is necessary so that the equality of depth between points 6 and 7 remains uncritical. It is precisely for this reason that height differences are hydrostatically equalized in the first approximation, the measuring principle used here for the communicating tubes seems almost inevitable for the measuring task. Use of the ambient liquid as a pipe liquid is a possible solution for the required largely equal density.

Das Drucksignal zwischen den Punkten 8 und 6 kann mittels des Rohres 2 nur dann sicher übertragen werden, wenn die Volu menelastizität des Rohrs hinreichend klein ist. Dies erfordert einen hohen Elastizitätsmodel des Rohrwandmaterials. Die in An spruch 5 angegebene Grenze wird von den technisch üblichen Me tallen erreicht. Für Kunststoff als Wandmaterial, wie er aus anderen Gründen erwünscht sein mag, ergibt sich ein strenges Auswahlkriterium. Ferner ist es nötig, daß das Rohr 2 eine hohe zeitliche Stabilität seiner inneren Querschnittsfläche aufweist. Die andernfalls infolge Änderung des inneren Rohr volumens auftretenden ausgleichenden Strömungen im Rohr könnten leicht einen Druckabfall längs des Rohres erzwingen, der das Drucksignal zwischen den Punkten 7 und 9 überdeckt. Ein Metallrohr weist bei ausreichender Wandstärke die erfor derliche Querschnittsstabilität auf. Bei Verwendung von Kunst stoffen wäre die zeitliche Querschnittsstabilität in jedem Fall zu prüfen. Ein Strömungsmeßgerät könnte zusätzlich im Rohr 2, i. a. in der Umgebung des offenen Rohrendes 8, vorge sehen werden. Hiermit könnte eine ausgleichende Strömung im Rohr gemessen und so die Querschnittsstabilität des Rohres festgestellt werden. Flüssigkeitsaustausch am Rohrende 8 zwi schen Rohrflüssigkeit und umgebender Flüssigkeit könnte zu einer Änderung der Dichte der Rohrflüssigkeit führen oder zu biologischer Aktivität (z. B. Algenwachstum) im Rohr 2. Wenn dieser Austausch gesperrt wird, muß aber ein vollständiger Druckausgleich am Rohrende 8 gewährleistet bleiben. Als Möglichkeit kommt eine Sperre in der Form eines beweglichen Kolbens im Rohr unmittelbar vor dem Rohrende 8 in Frage, wo bei dieser Kolben aktiv durch ein Druckdifferenzmeßsignal zwischen Rohrflüssigkeit und umgebender Flüssigkeit gesteu ert würde. Es mag nötig sein, die Rohrflüssigkeit zur Unter drückung biologischer Aktivität zu vergiften. Verwendung von Quecksilbersulfat ist hier Stand der Technik. Zur Auswertung der Meßwerte des Druckmeßgerätes 3 und ggf. eines Strömungs meßgeräts ist eine Datenregistrierung und Datenübertragung (z. B. zu einem Schiff) notwendig. Diese Erfordernisse ent sprechen ebenfalls dem Stand der Technik.The pressure signal between points 8 and 6 can only be reliably transmitted by means of the tube 2 if the volume elasticity of the tube is sufficiently small. This requires a high elasticity model for the tube wall material. The limit specified in claim 5 is reached by the technically customary metals. For plastic as wall material, as may be desired for other reasons, there is a strict selection criterion. It is also necessary that the tube 2 has a high temporal stability of its inner cross-sectional area. The compensating flows in the pipe, which otherwise occur as a result of a change in the inner pipe volume, could easily force a pressure drop along the pipe, which covers the pressure signal between points 7 and 9 . With a sufficient wall thickness, a metal pipe has the required cross-sectional stability. When using plastics, the temporal cross-sectional stability would have to be checked in any case. A flow meter could additionally be seen in the pipe 2 , generally in the vicinity of the open pipe end 8 . This could be used to measure a compensating flow in the pipe and thus determine the cross-sectional stability of the pipe. Liquid exchange at the pipe end 8 between the pipe liquid and the surrounding liquid could lead to a change in the density of the pipe liquid or to biological activity (e.g. algae growth) in the pipe 2 . If this exchange is blocked, however, a complete pressure equalization at the pipe end 8 must remain guaranteed. As a possibility, a lock in the form of a movable piston in the pipe immediately in front of the pipe end 8 comes into question, where this piston would be actively controlled by a pressure difference measurement signal between the pipe liquid and the surrounding liquid. It may be necessary to poison the tube fluid to suppress biological activity. The use of mercury sulfate is state of the art here. To evaluate the measured values of the pressure measuring device 3 and possibly a flow measuring device, data registration and data transmission (e.g. to a ship) is necessary. These requirements also correspond to the state of the art.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Kombination von insgesamt 5 horizontal oder vertikal angeordneten Rohren 20, 21, 22, 23, 24. Die geschlossenen Enden 29, 30 der Rohre 20 und 21 liegen unmittelbar nebeneinander auf gleicher Höhe, und der Diffe renzdruck zwischen ihren Flüssigkeitssäulen wird durch ein Differenzdruckmeßgerät 25 gemessen. Die Rohre 21 und 22 schließen mit ihren offenen Enden 33, 34 lose aneinander an. Es ist hierbei nicht erforderlich, daß die beiden offenen Enden 33, 34 auf gleicher Höhe angeordnet sind. Zwischen den Rohren 22 und 23 befindet sich wieder ein Differenzdruckmeß gerät 26. Fig. 2 shows a possible combination of a total of 5 horizontally or vertically arranged tubes 20, 21, 22, 23, 24. The closed ends 29, 30 of the tubes 20 and 21 lie directly next to each other at the same height, and the differential pressure between their liquid columns is measured by a differential pressure measuring device 25 . The tubes 21 and 22 are loosely connected to one another with their open ends 33, 34 . It is not necessary here that the two open ends 33, 34 are arranged at the same height. Between the tubes 22 and 23 there is again a differential pressure measuring device 26 .

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung, bestehend aus den Rohren 20, 21, 22, 23 und den Differenzdruckmeßgeräten 25, 26, mißt den Druckunterschied auf einer Schwere-Äquipotentialfläche zwischen den Positionen des linken, offenen Endes 28 des Roh res 20 und des rechten, offenen Endes 33 des Rohres 21 sowie den Druckunterschied zwischen dem linken, offenen Ende 34 des Roh res 22 und dem rechten, offenen Ende des Rohres 23. Durch An einanderreihung von Systemen in dieser Weise kann eine große Meßstrecke aufgebaut werden, wobei die einzelnen Differenz druckmeßwerte zur Auswertung herangezogen werden. Der erfor derliche Innendurchmesser der Rohre, der lediglich durch die Länge eines Einzelsystems bestimmt ist, kann klein gehalten werden. Das Meßergebnis ist weitgehend unabhängig von der An zahl der Teilabschnitte.The arrangement shown in Fig. 2, consisting of the tubes 20, 21, 22, 23 and the differential pressure measuring devices 25, 26 , measures the pressure difference on a gravitational equipotential surface between the positions of the left, open end 28 of the tube res 20 and the right , Open end 33 of the tube 21 and the pressure difference between the left, open end 34 of the tube res 22 and the right, open end of the tube 23rd By lining up systems in this way, a large measuring section can be set up, the individual differential pressure values being used for evaluation. The required inner diameter of the pipes, which is only determined by the length of a single system, can be kept small. The measurement result is largely independent of the number of sections.

Das Meßergebnis hängt jedoch kritisch ab von einer genau en Kenntnis der Dichte der Rohrflüssigkeit. Selbst wenn um gebende Flüssigkeit als Rohrflüssigkeit verwendet wird, be stehen Unsicherheiten, weil sich die Dichte im Rohr durch chemische Wechselwirkung mit der Rohrwand ändern kann. Um sol che Effekte zu kontrollieren, kann ein vertikal angeordnetes und am unteren Ende geschlossenes Rohr 24, wie in Fig. 2 dar gestellt, verwendet werden. Hier erfolgt eine Differenzdruck messung mittels eines Differenzdruckmeßgerätes 27 zwischen dem Innern des geschlossenen Rohrendes 31 und der dieses Ende umgebenden Flüssigkeit. Die Druckdifferenz ist durch den mitt leren Dichteunterschied zwischen Rohrflüssigkeit und umgeben der Flüssigkeit und durch die Länge des Rohres 24 gegeben. Ihre Kenntnis erlaubt es also, die Dichte der Rohrflüssigkeit in situ zu bestimmen. Diese Anordnung wird i. a. noch wichti ger sein, wenn ein andere Flüssigkeit als Rohrflüssigkeit ge wählt wird, weil deren Dichte bei dem herrschenden Druck (in 5 km Wassertiefe 500 bar) i. a. nicht mit der nötigen Genauig keit (ca. ±10^-5) bekannt sein wird. Man darf davon ausgehen, daß die in-situ Dichte der umgebenden Flüssigkeit immer genü gend genau bekannt sein wird oder gemessen werden kann; im Ozean ist die Dichtebestimmung ein wesentlicher Inhalt der Ozeanographie.However, the measurement result depends critically on a precise knowledge of the density of the pipe fluid. Even if the surrounding liquid is used as the pipe liquid, there are uncertainties because the density in the pipe can change due to chemical interaction with the pipe wall. To control such che effects, a vertically arranged and closed at the lower end tube 24 , as shown in Fig. 2, can be used. Here is a differential pressure measurement by means of a differential pressure measuring device 27 between the inside of the closed pipe end 31 and the liquid surrounding this end. The pressure difference is given by the mean density difference between the tube liquid and the surrounding liquid and by the length of the tube 24 . Your knowledge allows you to determine the density of the pipe fluid in situ. This arrangement will generally be even more important if a liquid other than tubular liquid is selected because its density at the prevailing pressure (in 5 km water depth 500 bar) is generally not known with the necessary accuracy (approx. ± 10 ^-5 ) will be. It can be assumed that the in-situ density of the surrounding liquid will always be known with sufficient accuracy or can be measured; in the ocean, density determination is an essential part of oceanography.

Die beschriebene Meßmethode ist nicht auf eine Meßanord nung, die auf dem Meeresboden verlegt ist, beschränkt. Das Rohr kann auch im Schwebezustand gehalten oder an Bojen auf gehängt sein. Außer einer Anordnung von Differenzdruckmeßge räten in der Umgebung der geschlossenen Rohrenden können wei tere Differenzdruckmeßgeräte zum Zwecke einer besseren räumli chen Auflösung auf die Länge eines Rohres verteilt angebracht sein und dort den Differenzdruck zwischen Rohrflüssigkeit und umgebender Flüssigkeit messen.The measuring method described is not based on a measuring arrangement limited to the sea floor. The Pipe can also be kept floating or on buoys be hanged. Except for an arrangement of differential pressure measurements advice in the vicinity of the closed pipe ends can tere differential pressure gauges for the purpose of a better spatial Chen resolution attached to the length of a pipe attached be and there the differential pressure between pipe fluid and measure the surrounding liquid.

Fig. 3 zeigt in Aufsicht ein weiteres mögliches Beispiel für eine Meßanordnung, hier bestehend aus drei auf dem Meeres boden liegenden, sternförmig angeordneten Rohren 51, 52, 53 mit Differenzdruckmeßgeräten 54, 55, 56, die die Druckdifferen zen zwischen den Rohrflüssigkeiten je zweier der Rohre 51, 52 und 53 messen. Eine solche Anordnung kann die Druckdifferenzen auf einer Schwere-Äquipotentialfläche zwischen den Positionen der offenen Enden 58, 59, 60 der drei Rohre messen. Es ist ferner ein Differenzdruckmeßgerät 57 vorgesehen, welches die Druckdifferenz zwischen der Rohrflüssigkeit des Rohres 51 und der umgebenden Flüssigkeit mißt. Diese Druckmessung kann zur Feststellung eines Druckabfalls im Rohr 51 dienen, der durch eine ausgleichende Strömung im Rohr infolge einer zeitlichen Änderung des inneren Rohrquerschnitts hervorgerufen wird; eine zeitliche Änderung der Dichte der Rohrflüssigkeit gibt einen entsprechenden Effekt, so daß diese Dichte ebenfalls zeitlich möglichst konstant sein sollte. Druckabfälle längs der Rohre 51, 52, 53, wie sie im Falle des Rohres 51 durch das Differenz druckmeßgerät 57 feststellbar sind, beeinträchtigen jedoch eine Messung der erwünschten Druckdifferenzen zwischen den Po sitionen der offenen Rohrenden 58, 59, 60 nur wenig, da sie in allen drei Rohren 51, 52, 53 ähnlich groß sein werden und insoweit aus der Messung der erwünschten Druckdifferenzen her ausfallen. Eine Meßanordnung wird also vorteilhaft in einer solchen symmetrischen Weise aufgebaut. Der Meßwert des Diffe renzdruckmeßgeräts 57 erlaubt es aber, die Größe des Druckab falls längs der Rohre abzuschätzen. Fig. 3 shows in supervision another possible example of a measuring arrangement, here consisting of three lying on the sea bottom, star-shaped tubes 51, 52, 53 with differential pressure gauges 54, 55, 56 , the zen the pressure differences between the tube fluids each of two Measure tubes 51, 52 and 53 . Such an arrangement can measure the pressure differences on a gravity equipotential surface between the positions of the open ends 58, 59, 60 of the three tubes. A differential pressure measuring device 57 is also provided, which measures the pressure difference between the tube liquid of the tube 51 and the surrounding liquid. This pressure measurement can be used to determine a pressure drop in the tube 51 , which is caused by a compensating flow in the tube as a result of a change in the internal tube cross section over time; a change in the density of the tubular liquid over time gives a corresponding effect, so that this density should also be as constant as possible over time. Pressure drops along the tubes 51, 52, 53 , as can be determined in the case of the tube 51 by the differential pressure measuring device 57 , however impair measurement of the desired pressure differences between the positions of the open tube ends 58, 59, 60 only slightly, since they are in all three tubes 51, 52, 53 will be of similar size and will fail to measure the desired pressure differences. A measuring arrangement is thus advantageously constructed in such a symmetrical manner. The measured value of the differential pressure measuring device 57 , however, allows the size of the pressure drop to be estimated along the tubes.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Rohr 70 mit Außenkonstruktion 71, 72 als ein mögliches Aus führungsbeispiel eines zur Verwendung bei den hier beschrie benen Meßanordnungen geeigneten Rohres. Der Querschnitt in Fig. 4 zeigt innen das Metall-Innenrohr 70, das die für eine erfolgreiche Messung erforderliche geringe Volumenelastizi tät und hohe Querschnittsstabilität aufbringt. Dieses Innen rohr 70 ist umschlossen von einem dicht anliegenden, dickwan digen Rohr 71 aus einem Material mit geringer Dichte, aber hin reichender Festigkeit (z. B. Hartschaum) und dieses Rohr 71 wiederum von einer äußeren Ummantelung 72, die eine hohe Zug festigkeit aufweist (z. B. Metallgeflecht). Auf eine solche Weise erreicht man, daß das Rohr insgesamt eine hohe Zugfestig keit (durch den Mantel 72) und eine hohe Knickfestigkeit (durch den radialen Hebelarm, den das Rohr 71 bildet) aufweist bei zudem relativ geringem Gewicht (durch die Verwendung des Schaums). Diese Eigenschaften sind erforderlich, damit eine zuverlässige Verlegung des Rohres auf dem Meeresboden erwartet werden kann. Für ein Rohr mit den genannten Eigen schaften stehen Techniken zur Verlegung bereit (ähnlich denen, wie sie für die Verlegung von Fernmeldekabeln im Ozean ein gesetzt werden). Fig. 4 shows a schematic cross section through a tube 70 with outer structure 71, 72 as a possible exemplary embodiment from a tube suitable for use in the measuring arrangements described here. The cross-section in FIG. 4 shows the inner metal tube 70 , which has the low volume elasticity required for a successful measurement and high cross-sectional stability. This inner tube 70 is enclosed by a tight-fitting, thick-walled tube 71 made of a material with a low density but sufficient strength (z. B. rigid foam) and this tube 71 in turn by an outer casing 72 , which has a high tensile strength (e.g. metal braid). In such a way it is achieved that the tube overall has a high tensile strength (due to the jacket 72 ) and a high resistance to kinking (due to the radial lever arm that the tube 71 forms) with a relatively low weight (due to the use of the foam). . These properties are necessary so that the pipe can be reliably laid on the seabed. Laying techniques are available for a pipe with the properties mentioned (similar to those used for laying telecommunications cables in the ocean).

Claims

1. Measuring arrangement for the smallest pressure differences on heavy equipotential surfaces in extensive waters, especially in the ocean, according to the principle of communicating tubes with a liquid-filled tube arranged along the measuring section, characterized in that the tube ( 2 ) runs essentially horizontally that it is closed on one side that at least one differential pressure measuring device ( 3 ) is provided for measuring the pressure difference between the inside of the pipe and a near point ( 7 ) of the surrounding liquid on the gravitational equipotential surface, that the pipe has a low volume elasticity and a high temporal volume stability, and that the tube liquid differs in density at most slightly from that of the surrounding liquid.

2. Measuring arrangement for the smallest pressure differences on heavy equipotential surfaces in extensive waters, in particular in the ocean, according to the principle of communicating tubes with a liquid-filled pipe arranged along the measuring section, characterized in that at least one further liquid-filled pipe is provided, so that the total at least two substantially horizontally extending pipes ( 20, 21; 22, 23 ) are arranged along the measuring section in such a way that their open ends face away from each other, their closed ends, however, face that a differential pressure measuring device ( 25; 26 ) each for detecting the Pressure difference between the inside of the respective two tubes ( 20, 21; 22, 23 ) in the region of their closed ends is provided that the tubes have a low volume elasticity and high temporal volume stability, and that the density of the tube liquids is at most slightly different from that distinguish the surrounding liquid.

3. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the near point ( 7 ) is in the region of the closed pipe end ( 6 ).

4. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the respective pipe fluid in its in-situ density each of the surrounding liquid by less than 2%, preferably deviates by less than 0.5%.

5. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tube material has a modulus of elasticity of at least 3 · 10 ⁹ Pa.

6. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the wall of the tubes used has a supporting outer structure ( 71, 72 ).

7. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the clear width of the pipes used ge is less than 4 cm, preferably less than 2 cm.

8. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that a device is provided at the open tube end ( 8; 28, 32, 33, 34, 37; 58, 59, 60 ), the liquid exchange between the tube interior and prevents the pipe exterior.

9. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that a flow meter in the tube ( 2; 20-24; 51-53 ) in the region of the open tube ends ( 8; 28; 32-34; 58- 60 ) is arranged .